昌江县生态公益林生态效益评估

李向阳

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙 410014)

生态公益林是指生态区位极为重要、对生态安全和生态环境保护具有重要作用的以产生生态效益为主的森林；因其更完整的林分结构和更高的生态服务功能，也是森林资源中需要重点保护与建设的森林[1-4]。其价值主要体现在调节物质能量循环、净化污染、促进生态系统良性发展和提供社会公共服务等间接效益方面[5]。了解生态公益林的生态效益，有助于制定合理的生态公益林保护措施[1]，促进生态公益林生态服务功能发挥，提高区域生态安全水平，是推进生态文明建设、实现经济社会可持续发展的基础。

目前森林生态效益的评估主要通过构建评价体系，由于森林的生态效益包含众多方面，各个组成部分之间存在相互影响，因此森林生态效益的计算仍处于探索阶段，通常将森林各方面的生态效益归纳为涵养水源、保育土壤、固碳释氧等[4,11-13]方面，相加得出森林生态效益。为规范森林生态效益评价，我国出台了《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)，其中归纳了森林8大生态服务功能[4]，以此为基础结合已有研究，本文通过完善评价体系和计算参数对生态公益林生态效益进行评估，以期更精准地评价生态公益林生态效益，并为其他地区森林生态效益评估提供参考。

自“国际旅游岛”建设以来，海南岛的经济日新月异，但大量游人的涌入和土地开发乱象也导致生态环境遭到破坏，而孤岛生态系统的脆弱性较高，受到破坏短期内难以恢复，因此更需要加强保护[14-15]。昌江县旅游资源得天独厚，是海南西部旅游发展的中心，起着带动整个海南西部旅游发展的作用[16]，同时昌江县境内存在大量生态公益林，如何在保护生态公益林的条件下高效可持续发展，是关乎昌江县未来的关键问题。本研究通过构建完善的评价体系对昌江县的生态公益林生态效益进行评价，旨在揭示昌江县生态公益林生态效益现状，为昌江县切实加强生态公益林保护、实现经济社会可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

昌江县位于海南西北部沿海，介于108°38′42″—109°37′33″E、18°52′48″—19°30′ 35″N，总面积161952.11 hm2。地形地貌西北以平原为主，东南多丘陵，地势东南高西北低，气候为热带季风气候，全年无冬，雨热同期，年均气温24.3 ℃，年降雨量1676 mm，适合动植物生长，是我国热带生物资源最丰富的地区之一，拥有大面积的热带原始森林，有野生原始林木1 400多种。

1.2 数据来源及处理

基础数据包括昌江县生态公益林数据、2010年二类调查数据以及生态效益计算的相关参数。在京54坐标系中，配准生态公益林数据和二类调查数据，其中生态公益林数据是计算生态效益的基础，二调数据主要确定行政权属和边界。参考已有研究完善生态效益计算的参数，并参考海南省的二类调查操作细则将昌江县的优势树种归并为近原生阔叶林、次生阔叶林、木麻黄椰树类、橡胶林、桉树相思类、红树林、果木类、灌木林和其他树种9大森林类型[4]。

1.3 评估方法

1.3.1 评价体系构建

海南省独特的生态环境和气候条件使得海南省的森林具有极高的生产力，同时生态环境引起物质、能量和信息的快速交流[15]，根据《森林生态系统服务功能评估规范》(LY/T 1721—2008)的要求，森林在涵养水源、固土保肥、固碳释氧等诸多方面都具有显著的生态功能，因此基于上述评估规范和现有研究，从森林生态效益的8项一级指标对森林生态效益进行全面评估[1]。基于一级指标确定15个二级指标和8个三级指标，构建昌江县森林生态效益评估的指标体系(图1)。

1.3.2 生态效益评估方法

利用影子工程法、市场代替法等[6-10]，对昌江县公益林的生态效益进行评估。

1)涵养水源。根据森林的径流量和蒸发散量计算森林的年调节水量，进而利用影子工程法计算森林涵养水源和净化水质的价值，二者相加得到森林的涵养水源价值。调节水量的公式为：

V=10×S×Q×(1-Z-C)

(1)

其中：S为森林类型的面积(hm2)；Q为森林所在地的年降雨量(mm/a)；Z为森林类型的蒸发散率(%)；C为森林类型的地表径流率(%)。参考水库建造和净化污水的投入，水库造价为8.169 2元/m3，净化1 m3的水需3.47元。

2) 保育土壤。森林对雨水的截留作用可降低雨水对地表的冲刷，减少水土流失量，在固土的同时防止土壤肥力流失。基于森林类型的土壤侵蚀模数计算固土量，利用市场替代法计算固土价值，并根据土壤中的氮、磷、钾和有机质的含量，用市场价格将保肥功能价值转化为等量肥料的价值。固土的公式为：

(2)

图1 昌江县生态公益林生态系统服务功能评估指标系统

式中：V为森林类型的年固土量(m3)；ρ为土壤容重(t/m3)。通过市场调查，挖取1 m3土方所需费用为16.53元。磷酸二铵、氯化钾和有机肥料价格分别为2 627元/t，2 417元/t和420元/t；结合磷酸二铵的氮、磷含量，以及氯化钾的钾含量，计算得出森林的保育土壤价值。

3)固碳释氧。光合作用让植物能够吸收二氧化碳和释放氧气，森林的固碳释氧功能多分为固碳、释氧两方面计算。研究从植物本身固碳及土壤固碳两方面分别计算森林的固碳价值，再根据光合作用的公式推算释氧量，利用影子价格法计算森林类型的固碳释氧功能价值。森林的固碳量公式为：

V=S×(1.63×R×B×A+F)

(3)

式中：V为植被和土壤的年固碳量(t)；R为CO2中C的含量，为27.27%；B为森林的净生产力[t/(hm2×a)]；A为林木的含碳量(%)；F为单位面积森林的土壤年净固碳量[t/(hm2×a)]。目前市场上固碳价格为3 630元/t，氧气制作的价格为1 780元/t，通过转换计算可得森林类型的固碳释氧价值。

4)营养物质积累。森林的生长是营养物质累积的过程，主要为是N，P和K等3大元素的积累。营养物质积累的计算公式为：

(4)

式中：V为林分营养物质积累价值(元/a)；N，P和K分别为林木的平均氮、磷、钾的含量；C1为磷酸二铵化肥价格(元/t)；C2为氯化钾化肥价格(元/t)；R1为磷酸二铵化肥含氮量；R2为磷酸二铵化肥含磷量；R3为氯化钾化肥含钾量。

5)净化大气环境。从森林吸收SO2、氟化物、氮氧化合物、土壤重金属、粉尘以及提供负离子等方面计算森林净化大气环境的功能。此外，森林还有杀菌和降噪的功能。吸收污染物的公式为式(5)，负离子产生对人体有利的价值计算公式为式(6)，森林杀菌和降噪的计算公式为式(7)：

V=K×Q×S

(5)

(6)

V’=L×G×S

(7)

式中：V为吸收二氧化硫、氮氧化物、氟化物、重金属和滞尘量(元/a)；Q为森林每年每公顷吸收上述污染物的量(kg/(hm2·a)或t/(hm2·a))；K分别为二氧化硫、氮氧化物、氟化物和重金属的治理费用以及滞尘的清理费用(元/kg或元/t)。H为林分平均高度(m)；L为负离子寿命(min)；V负为林分提供负离子价值；K负为负离子平均生产费用(元/个)；Q负为林分单位面积的负离子年度(个/cm3)；V’为森林杀菌或降噪的价值；L为单位面积林分蓄积量；G为每m3林木蓄积的杀菌或降噪价值。

6) 森林防护、生物多样性保护、森林游憩。森林的防护功能主要是森林在减少自然灾害造成损失方面的功能，海南省的森林防护主要是针对台风、洪涝自然灾害的防护作用。参考已有研究，确定单位面积森林类型的森林防护功能价值。生物多样性功保护主要体现在森林对生态系统多样性、物种多样性和遗传多样性等层面的保护和维持方面。不同的森林类型具有相应的生态系统，生物多样性保护功能也不一样，通过Shannon—Weiner物种多样性指数表征单位面积森林的生物多样性保护功能价值。森林游憩是指森林生态系统为人类提供休闲和娱乐的场所，能够让人缓解压力、消除疲劳、有利于身心健康的功能。通过分析海南省2000年以来的旅游人次、旅游总收入以及森林旅游占旅游总收入的比例等数据，得出单位面积森林的游憩价值。森林防护、生物多样性保护和森林游憩价值的计算公式见式(8)。

U=S×F

(8)

式中：U为森林防护(生物多样性保护或森林游憩)的价值(元/a)；F为单位面积森林的防护(生物多样性保护或森林游憩)的价值(元/(hm2·a))。

2 结果与分析

2.1 生态公益林生态效益价值构成分析

根据生态效益的评价方法，昌江县生态公益林生态效益的8大成分的价值量如表1所示。昌江县生态公益林每年产生生态效益约102.67亿元，是昌江县林木蓄积价值总量的近2倍，说明森林的间接价值相比直接价值具有更重要的意义。单位面积的有林地的生态效益价值为15.56万元/hm2，大于海南省单位面积的生态公益林生态效益价值0.86万元/hm2，是全国单位面积森林生态效益的3.65倍，生态公益林的生态效益极为显著。生态效益的不同类型中，价值量最大的为涵养水源价值，占总价值的近一半，凸显出生态公益林极强的涵养水源功能，在减少台风灾害损失、预防洪涝灾害等方面具有极强的作用；其次为生物多样性保护价值以及固碳释氧价值，对维持区域生态系统平衡意义重大，是实现经济社会协调可持续发展的基础；价值量最小的为林木营养累积价值，该价值与林分的生长量有关，而影响生长量的主要因素为优势树种和龄组等因素。此外，生态公益林还具有较高的净化大气环境、森林防护等价值，是昌江县生态文明建设不可替代的基础。

表1 昌江县生态公益林生态效益构成表价值类别价值/(万元/a)占总价值的百分比/%价值排序调节水量333 979.2932.56涵养水源净化水质141 863.1113.831小计475 842.4046.39固土1 269.780.12保育土壤保肥9 913.380.977小计11 183.161.09固碳49 057.164.78固碳释氧释氧83 128.908.103小计132 186.0512.89营养物质积累4 812.110.47营养物质积累8小计4 812.110.47提供负离子9 519.320.93吸收SO2516.880.05吸收氟化物22.620.00吸收Nox39.890.00净化大气环境吸收重金属56 670.685.534滞尘24 803.922.42灭菌1 082.160.11降噪720.440.07小计93 375.919.10森林防护80 631.597.86森林防护5小计80 631.597.86生物多样性174 551.5017.02生物多样性保护2小计174 551.5017.02森林旅游53 067.675.17森林游憩6小计53 067.675.17合计1 025 650.39100.00

2.2 优势树种的生态效益分析

优势树种的生态效益总量排序为：近原生阔叶林>次生阔叶林>橡胶林>其他树种>桉树相思类>木麻黄椰树类>果木类，近原生阔叶林和次生阔叶林的生态效益占总量的85.41%，是昌江县森林发挥生态服务功能的主体(表2)。从单位面积的生态效益来看，近原生阔叶林最大，其次为次生阔叶林，果木类最小。但对比生态效益总量和单位面积的生态效益的排名，桉树相思类和木麻黄的生态效益总量不大，但单位面积产生的生态效益较多，具有较强的生态服务功能。近原生阔叶林和次生阔叶林多处于偏远地区，坡度较陡，在加强保护的情况下人为干扰较少，林分结构和生物多样性丰富，具有较高的生态效益。而果木类主要产生经济效益，受人为干扰强烈，林分结构单一，生态系统暴露程度高，生态效益最低。由此可见，森林生态效益与优势树种有直接关系，不同的优势树种形成的森林具有不同的特征，对生态效益影响极大。

表2 生态公益林按优势树种的生态效益统计表万元/a优势树种价值类别水源涵养固土保肥固碳释氧营养物质累积净化大气环境近原生阔叶林296 142.535 754.7234 319.251 003.8447 372.45次生阔叶林129 600.953 786.7343 624.081 497.7022 320.15桉树相思类11 393.44259.2818 905.05588.014 729.76木麻黄椰树类804.190.95530.5312.27133.77果木类79.4012.6483.590.05286.33橡胶林21 970.82653.5316 744.701 173.439 438.09其他树种15 851.07715.3017 978.86536.809 095.38优势树种价值类别防护功能多样性保护森林游憩总价值单位面积价值占比/%近原生阔叶林51 322.17124 694.4143 307.08603 916.4519.3458.88次生阔叶林19 075.5744 349.307 803.41272 057.9016.1226.53桉树相思类1 291.261 625.93155.3938 948.1111.583.80木麻黄椰树类332.5528.07123.481 965.8113.250.19果木类72.2522.19390.14946.572.690.09橡胶林3 811.76438.51963.8855 194.727.945.38其他树种4 726.043 393.09324.2952 620.827.505.13

2.3 龄组的生态效益分析

龄组的生态效益总量排序为：中龄林>幼龄林>近熟林>成熟林>过熟林，总量与龄组的面积有关(表3)。昌江县生态公益林主要为幼龄林和中龄林，占生态公益林总面积的73.12%。由此可见昌江县的生态公益林龄组较小，龄组结构有待调整。对比单位面积的生态效益，成熟林最大，近熟林次之，过熟林最小，近熟林和成熟林的生长量较大，林分结构丰富，而近熟林的生长缓慢，基本达到顶级群落，林下植被较少，且林木的生态服务功能衰退，因此生态效益最小。森林的经营管理需保证森林的活力，处于中龄林到成熟林之间，才能发挥较大的生态效益。

表3 生态公益林按龄组的生态效益统计表万元/a龄组价值类别水源涵养固土保肥固碳释氧营养物质累积净化大气环境幼龄林126 914.043 091.9438 504.511 348.5424 596.00中龄林180 533.264 396.1856 976.882 118.7537 058.18近熟林115 490.492 425.0820 704.99788.4320 723.85成熟林25 728.01593.467074.18238.605 373.82过熟林2 050.9364.381 302.6050.82754.71

续表3 生态公益林按龄组的生态效益统计表万元/a龄组价值类别防护功能多样性保护森林游憩总价值单位面积价值占比/%幼龄林20 823.7046 019.8012 909.58274 208.1112.0526.74中龄林30 586.5763 743.1518 941.84394 354.8115.3638.45近熟林20 010.8345 420.7915 396.26240 960.7217.0523.49成熟林4 632.869 715.403 104.6556 460.9818.235.50过熟林455.09541.64159.585 379.739.470.52

2.4 林分起源的生态效益分析

天然林的生态效益占总量的85.41 %，是昌江县发挥生态效益的主体(表4)。从单位面积的生态效益来看，天然林的生态效益为人工林的2.17倍，可见天然林的生态效益相比人工林较大。人工林主要以经济效益为目的，其中以橡胶林、桉树、相思和国外松较多，以橡胶和木材生产为主，人为干扰较多。天然林和人工林的生态效益差别巨大，林分结构和人为干扰是影响其功能发挥的主要因素。

表4 生态公益林按起源的生态效益统计表万元/a森林类型水源涵养固土保肥固碳释氧营养物质累积净化大气环境防护功能多样性保护森林游憩天然林425 743.499 541.4677 943.332 501.5569 692.5970 397.73169 043.7151 110.49人工林50 098.911 641.754 242.722 310.5623 683.3210 233.865 507.781 957.18

2.5 林种的生态效益分析

林种的生态效益总量排序为：水源涵养林>自然保护林>风景林>水土保持林>防风固沙林>护岸林林，水源涵养林具有最大的生态效益，占总量的一半以上，护岸林最小，仅占总量的0.29%(表5)。从单位面积的生态效益来看，风景林最大，其次为水源涵养了和自然保护林，护岸林的最小。风景林、水源涵养林和自然保护区多处于昌江县东南部，距离海岸线较远，受海风侵蚀影响较小，而护岸林位于海岸线，受海风影响强烈，土壤多呈盐碱化，加之海岸线是良好的旅游资源，人为干扰较多，因此生态效益较低。

表5 生态公益林按林种的生态效益统计表万元/a林种价值类别水源涵养固土保肥固碳释氧营养物质累积净化大气环境水源涵养林262 097.94 6 403.44 66 308.65 2 455.69 47 332.93 水土保持林15 273.21 423.68 17 703.22 786.98 6 639.28 防风固沙林2 135.10 32.69 2 497.54 73.71 657.48 护岸林1 167.22 33.86 863.19 54.65 475.89 风景林71 301.07 1 463.74 12 175.89 446.13 12 360.82自然保护林123 867.86 2 825.75 32 637.56 994.95 25 909.52林种价值类别防护功能多样性保护森林游憩总价值单位面积价值占比/ %水源涵养林42 604.5096 400.0627 099.79550 703.0016.3953.69 水土保持林2 378.611 256.83513.5644 975.379.284.39 防风固沙林486.77257.04149.076 289.40 12.310.61 护岸林197.2090.1256.422 938.548.720.29 风景林12 185.5328 397.419 655.17147 985.7517.7514.43 自然保护林22 778.9948 150.0415 593.67272 758.3315.0326.59

3 结论与讨论

3.1 讨论

昌江县是海南西部生态旅游发展的中心，生态公益林的重要性更加突出，其生态公益林的平均生态效益高于海南省的平均水平，远超全国森林的平均生态效益，是发展生态旅游、保障生态安全的基础，在生态建设中应重点对待。通过分析生态公益林的不同类型，发现人为干扰是影响生态公益林生态效益发挥的重要因素，应在生态公益林的经营管理中减少人为干扰；龄组和起源对生态公益林生态效益的发挥影响极大，应根据生态公益林现状和生态位，调整生态公益林的龄组结构，提高森林的近自然经营程度，以促进生态公益林生态效益的发挥。

评价体系和评价参数一直是影响森林生态效益评估的主要因素，结合现有研究构建了由8项一级指标、15个二级指标和8个三级指标组成的较为完善的森林生态效益评估体系，参考海南省以及周边热带、亚热带地区的研究整理出较为全面的评估参数，评价结果精准，可为同类地区的森林生态效益评估提供科学参考。当然，不同区域的林分生长条件和影响因素不同，其评估参数有所变化，在今后的研究中将加强评估参数的实验和采集，进一步提升生态效益评估的实时性和精准性。

3.2 结论

从涵养水源、保育土壤、固碳释氧等8项内容对昌江县生态公益林的生态效益进行了评估，昌江县的生态公益林具有较高的生态效益，每年产生生态效益约为102.67亿元，与2016年昌江县全域GDP总值(103.20亿元)相当，在减灾固碳、保护生物多样性、促进生态产业发展方面作用显著；单位面积的生态公益林生态效益高达15.56万元/hm2，远超全国森林平均生态效益，对维持昌江县生态平衡和促进生态旅游的发展意义重大。与直接的林木蓄积价值相比，涵养水源、生物多样性保护以及固碳释氧等间接价值要大得多，凸显出生态公益林的产生生态效益是其主要的生态功能，在生态建设中应重点加强生态公益林的生态保护和建设。

不同的生态公益林类型产生的生态效益差别较大，优势树种、龄组和起源对生态公益林的生态效益影响较大。综合来看，阔叶林的生态效益一般大于人工纯林，龄组处于中龄林至成熟林的林木生态效益较大，天然林的生态效益远大于人工林，这为生态公益林的经营管理提供了基础。人为干扰是影响森林生态效益的主要因素，不同的林种、龄组具有不同的经营措施，应根据生态公益林的类型选择合适的建设措施提高森林的近自然经营程度，丰富林分结构，减少生态系统的暴露程度，以提搞生态公益林的生态效益。